CN102062684A - 用于预估车辆中冷却回路风扇与发动机系统之间的活节联轴器的磨损的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于预估车辆中冷却回路风扇与发动机系统之间的活节联轴器的磨损的方法，包括以下步骤：评估测得的发动机速度值（61）与测得的风扇速度值（62）之间的差异；利用所述差异在已存储表（65）中找到所述活节联轴器的瞬时磨损增量值；对所述瞬时磨损增量值进行积分，即将其加入到从所述活节联轴器的第一次使用开始陆续获得的在先值中，从而得到积分值（66）；将所述积分值（67）与表格值（68）进行比较，所述表格值提供预期磨损值或可容忍磨损值，该预期磨损值或可容忍磨损值为车辆全部行驶公里数的函数；如果所述积分值低于所述预期磨损值，则预估提供正性指示，表示所述活节联轴器瞬时使用正确，否则提供负性指示，表示所述活节联轴器瞬时过度磨损。

Description

用于预估车辆中冷却回路风扇与发动机系统之间的活节联轴器的磨损的方法和设备

技术领域

本发明涉及到车辆中冷却回路中的风扇与发动机系统间的活节联轴器磨损的预估方法和设备。

背景技术

采用热力发动机的推动系统通常配备有不同复杂水平的流体冷却回路，该回路使用风扇。

很多不同的车辆系统可能需要风扇的启动：例如，除了发动机冷却流体的回路系统，可能包括不同附加元件，如涡轮增压器电路和其各自的制冷步骤；也可能包括耗散型减速系统，如液压减速机，被称作 “减速器”，空调单元，电力发射及其它。

通常有一个单独的风扇安装在发动机和散热器芯之间，例如空调电路的冷凝器、涡轮增压电路的制冷热交换器（后冷却器）和发动机冷却散热器。

如果风扇只能在最大速度时转动，在几个运转条件下，风扇的转速可能会太高。这将会引起循环液体的过度冷却：例如发动机油的过度冷却将会增加其粘度，从而增加摩擦以及燃料消耗。

此外，冷却风扇大部分吸收发动机提供的能量，停止转动，或者降低转速，尤其在其工作状态时，这样可以节省很多能量。

因此，根据控制电路检测到的不同条件，使风扇以不同离散速度转动是本领域公知的。

为了驱动速度控制，风扇的启动是通过使用合适的设备与主动轴的连接来完成的，例如，适合控制速度变化，来代替直接连接到主动轴。

如粘性接头、电磁联轴器的设备，会在风扇和发动机间产生摩擦耦合，这是本领域公知的，根据车辆情况，及相应连续和离散率水平，主动轴和风扇之间的传动比是不同的。这些不同水平决定了不同的能量吸收以及不同的燃料消耗水平。

这种联轴器设备，如果通过离散逻辑启动会产生摩擦热，受到磨损，磨损会加剧破坏，从而变得不可再操作，需重新更换。这种情形是非常危险的，因为它会引起风扇冷却的故障，导致推动系统过热。

因此，需要一种预测方法，在故障发生前有足够的时间来更换联轴器设备，在车辆及其推动系统的有效期内，最大限度地减少磨损对联轴器设备的影响。

发明内容

因此本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种冷却回路风扇与发动机系统间活节联轴器磨损的预估方法和设备，能够事先确定需要更换的组件，避免组件本身发生故障，减小磨损对活节联轴器的影响。

根据权利要求1，本发明的主题涉及一种车辆中冷却回路风扇与发动机系统间活节联轴器磨损的预测估计方法，包括以下步骤：评估发动机转速测量值与风扇转速测量值之间的差异；利用该差异在存储表中找到所述活节联轴器材料的瞬时磨损增量值；从所述联轴接头第一次使用开始，通过将磨损增量值加到先前的值上的方式对所述瞬时磨损增量值进行积分，得到积分值；比较所述积分值与表格值，所述表格值提供提供预期磨损值或可容忍磨损值，该预期磨损值或可容忍的磨损值为车辆行驶的总公里数的函数；如果所述积分值低于所述预期磨损值，所述预估提供表明所述联轴器瞬时使用正确的正性指示，否则提供表示所述联轴器瞬时过度使用的负性指示。

根据权利要求3，本发明的主题涉及发动机冷却回路中风扇转速的控制方法，其中，所述风扇通过电磁活节联轴器与所述发动机单元相连接，根据权利要求1所述磨损预估方法来选择连续型或离散型的速度变化、从而实现所述控制，其中，表示活节联轴器瞬时使用正确的所述正性指示决定了选择连续型速度变化，而表示联轴器瞬时过度磨损的负性指示决定了选择离散型速度变化。

 本发明的主题尤其涉及车辆中冷却回路风扇与发动机系统间活节联轴器磨损的预估方法和设备，将在本发明主要部分的权利要求书中做更充分的描述。

附图说明

 本发明的更进一步目的和优点，通过优选实施例（或相应可选择的实施例）和附图的具体描述会更加清晰，优选实施例或附图仅是说明性的而非限制性的，其中：  

图1为本发明的磨损预估方法实施例的框图；

图2为利用本发明磨损预估方法来控制风扇转速的方法的实施例的框图；

图4,3,5为图2方法中INT、ENG和CLI模块实施例的框图；

附图中相同的参考数字和字母用于标识相同的元件或部件。

具体实施方式

通过附图中的功能框图描述本方法，其中每个框图对应于可通过相应设备实现的逻辑功能。

车辆的不同系统可能需要启动风扇，因为这些系统会产生通过各自冷却系统转移的热量。在下面描述的非限制性例子中，所涉及系统是发动机单元、减速系统（以下称减速器）和空调单元。

所述车辆系统，以本领域公知的方式，例如在CAN内部数据线上提供信号或幅值及其它，作为磨损的预测估计输入。 

如图1所示，本发明的方法，根据得到的表格值，能够评估电磁联轴器即时和逐渐磨损程度。

利用CAN数据线可测得发动机角速度、即时风扇速度和全部的行驶距离。此外，还可以得到电磁联轴器的温度数据。

风扇速度61和主动轴速度62提供给模块65，核实两个速度值之间的差异，使用这种差异在已知类型的预存储表格中找到即时磨损的增量。该表格中包含了先前检测到的电磁联轴器的离合器接触部分厚度的瞬时磨损增量（mm/s）的统计数据。

磨损值在积分器66中积分。每次发动机启动时，积分器均从零开始；每次发动机停止时，得到的数值被存储，且被添加到接下来发动机运行中得到的趋势值中。

该积分器的输出提供给比较器67，它可以将积分器的输出值与模块68提供的表格值进行比较，并根据63输入的全部行驶的公里数，输出预期磨损值或可容忍的磨损值。该表格也是预装的。

如果测得的磨损值低于预期值及可容忍值，比较器67将提供表明联轴器瞬时使用正确的正性指示，否则比较器67将提供表明联轴器瞬时过度磨损的负性指示。

可选择的，可以得到有关联轴器温度测定的数据。后者提供给模块69的输入64， 模块69评估联轴器温度是否高于此类型使用中的容忍阈值。如果联轴器温度低于阈值，模块69将提供表明联轴器瞬时使用正确的正性指示，否则提供表明联轴器瞬时过度磨损的负性指示。

上面描述的数据，例如根据其真实用途，可用于计算连接件大概剩余的寿命，及建议核查连接件自身的真实磨损。

上述方法，名为评价电磁连接件的即时和逐渐磨损程度，可用于在电磁联轴器连接下，控制冷却风扇的速度。

在本领域中众所周知，根据规定的控制电路检测到的不同条件，控制风扇以不同的速度转动。在这种情况下，发动机和风扇通过直接耦合连接在一起，二者之间具有合适的传动比。

所述改变风扇速度的方式，并不是最佳的，因为根据简化决策模式该风扇具有两个或三个离散渐进的速度，仍决定过高的风扇转速，这不能优化发动机能量消耗。另一方面，所使用的直接耦合方式基本保证了联轴器材料尽可能少的磨损。

相反，如有可能，最好实现风扇转速的连续控制，因为众所周知连续控制能够优化燃料消耗，同时可提供对风扇冷却的车辆系统操作温度的更高控制。这种情况下，连续型风扇速度控制可通过利用PWM（脉冲宽度调制）技术的脉冲控制来实现，可应用于电磁联轴器中。但另一方面，PMW型脉冲控制可能会过度增加耦合材料的磨损。

因此，上述用于评估即时和逐步电磁联轴器的磨损程度的方法，可有益的用于驱动更精确风扇速度控制，以立刻在离散或连续速度控制中选择，从而优化燃料消耗和磨损，延长联轴器的寿命。

根据本发明该方法可以预见适合区分车辆使用类型的模块70，事实上，根据现有的车辆参数，用来评价是否用在高速公路上。事实上降低负荷的使用可定义为“在高速公路上”，因为这种使用的特征在于降低速度变化，由于斜坡减少道路负荷，从而减少磨损。

模块70可通过本领域已知方式实现。

因此，为了减少燃料消耗，在高速公路上适合使用连续脉冲控制风扇速度。相反，在大量上坡时，燃料消耗会大幅增加，此时连续控制的优点将不明显，同时联轴器磨损的风险会占优势。因此，模块70的输出提供给系统，指示选择离散型或连续型的速度控制。

模块67、69和70的输出提供给逻辑OR，它提供信号75的输出，指示速度控制类型的驱动，可能由上述三个分支中任何一个产生。

下面是适合于离散或连续速度控制选择的风扇速度控制方法的实施例的描述。

如图2所示，连续控制方法包括模块INT，当发动机系统中存在减速器时，评估其对风扇速度值的贡献；此外，模块ENG评估发动机系统对风扇速度值的贡献，其可包括几个其它元件，如涡轮增压器电路。这两个值加在一起作为输出总值1。如果减速器不存在，它的贡献则为零。

减速器和发动机冷却系统是同时起作用，因为在整个发动机系统间存在着由水加热循环和减速器作用产生的两种效应的相互作用。

根据减速器要求的制动力矩百分比，减速器以快速的方式产生热量，该模块会对风扇速度进行预控制，为了冷却水，风扇速度的控制是必要的。仅考虑发动机系统（模块ENG）将过于耽误风扇的最佳干预。因此，模块INT估计冷却系统中减速器热功率的值：事实上，如果启动减速器，需要的风扇转速会更高。

模块INT接收到的输入数据有：发动机冷却系统中流体参考温度参数2（如102℃），其理想情况是维持不变；减速器4需要的制动力矩百分比4；发动机冷却系统中流体的当前温度3。

模块ENG接收到的输入数据有：参考温度参数2；发动机冷却系统中流体当前温度3；风扇速度的当前测量值5。

对模块INT和ENG的具体描述参考附图2和3。

优选有模块CLI，适合确定和提供由空调单元的贡献提供的风扇转速值输出9。

事实上，空调机单元电路中气压（氟利昂）的控制十分必要，应该确保其不超过一定的值。鉴于气压的增加与相应冷却回路的温度的增加有关，气压的控制可通过对风扇转速的控制来实现。

模块CLI接收到的输入数据有：冷却回路中气体（氟利昂）的恒定参考气压值6，（如16bar）；氟利昂的当前测量压力值7；风扇速度值8（例如850rpm）。

模块CLI具体描述参考附图4。

如果没有模块CLI，风扇速度控制值RPM由输出口1给出。反之，如果有模块CLI，风扇速度控制值RPM在模块MX中确定，为输出1和9二者的最高值。

模块51接收由所述模块INT和ENG计算值加和得到的速度值1，评估两个离散风扇速度值的定位，直接耦合的中间值和最大值，或者为零值。

决策电路D5预计启动风扇速度控制的决策，根据输入信号，启动所述模块MX或者模块51的输出。控制信号为上面所述的信号75

模块52接收当前燃料消耗的测量值10。如果该测量值低于阈值11，例如当油门踏板是松的或刹车时，它的值为零，决策电路D5提供给模块51选择离散控制的信号，因为没有燃料消耗的问题。

在非限制性实施例中，模块INT、 ENG和 CLI包括并联支路，根据积分、求导和乘法准则处理输入数据，将所得值相加，以获得输出值。输入数据可通过内部CAN线路获得。

附图3中模块INT用于评价温度常数2与上述定义的实测温度3的差异。得到的差异提供给分别属于三个并联支路的、输入了合适常数的乘法器M1、M2、M3；M1的输出值直接提供给加法器S2；M2的输出提供给积分器I2，该积分器的第二个输入为减速器所需制动力矩的百分比值4，且其输出值提供给加法器S2，为加法器的第二个输入；M3的输出值提供给加法器S2作为其第三个输入。后者将接收到的三者的总贡献提供给饱和器，它的输出提供了模块INT对风扇转速值的贡献。

附图4中模块ENG用于评价温度常数2与上述定义的实测温度3的差异。得到的差异提供给分别属于三个并联支路的、输入了合适常数的乘法器M4、M5、M6；M4的输出值直接提供给加法器S3；M5的输出值提供给积分器I3，该积分器的第二个输入为当前风扇转速的实测值5，它的输出值作为加法器S3的第二个输入；M6的输出值提供给求导器D3，该求导器的输出作为加法器S2的第三个输入。后者将接收到的三者的总贡献提供给饱和器，饱和器的输出提供了模块ENG对风扇转速值的贡献。

附图5中模块CLI用于评价氟利昂的压力常数6与上述定义的实测压力7的差异。得到的差异提供给分别属于三个并联支路的、输入了合适常数的乘法器M7、M8、M9； M7的输出值直接提供给加法器S4；M8的输出值提供给积分器I4，积分器的第二个输入为当前风扇转速的实测值8，积分器的输出值作为加法器S4的第二个输入；M9的输出值提供给求导器D4，求导器的输出作为加法器S4的第三个输入。后者将接收到的三者的总贡献提供给饱和器，饱和器的输出提供了模块CLI对风扇转速值的贡献。

实现该方法的设备可包括含有进行上述操作的软件的电子控制单元，使用本领域技术人员可得知的编程技术的适当的程序。此外，该设备包括将控制单元输出的风扇速度数据转换成电子信号或者类似物的接口，其特性取决于风扇和主动轴之间的联轴器装置的类型。在上述电磁联轴器的例子中，该信号为脉冲电子信号。

至少本发明的一部分控制方法通过计算机程序来实现，当所述程序在计算机上运行时，包括运行一个或多个上述方法的步骤的程序代码。因为这个原因，本发明包括所述计算机程序及包括计算机可读介质，包括记录的信息，上述计算机可读介质包括计算机程序代码，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码进行一个或多个上述方法的步骤。

在不脱离本发明范围的前提下，对本发明进一步的替换或者相对等的实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。

通过上述描述，不再需要更多的细节，本领域技术人员即可以实现本发明。

Claims (10)

1.用于预估车辆中冷却回路风扇与发动机系统之间的活节联轴器的磨损的方法，其特征在于，包括以下步骤：

评估测得的发动机速度值（61）与测得的风扇速度值（62）之间的差异；

利用所述差异在已存储表（65）中找到所述活节联轴器的瞬时磨损增量值；

对所述瞬时磨损增量值进行积分，即将其加入到从所述活节联轴器的第一次使用开始陆续获得的在先值中，从而得到积分值（66）；

将所述积分值（67）与表格值（68）进行比较，所述表格值提供预期磨损值或可容忍磨损值，该预期磨损值或可容忍磨损值为车辆全部行驶公里数的函数；

如果所述积分值低于所述预期磨损值，则预估提供正性指示，表示所述活节联轴器瞬时使用正确，否则提供负性指示，表示所述活节联轴器瞬时过度磨损。

2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，还包括将所述联轴器的温度测定值（64）与温度阈值进行比较的步骤（69）；

如果所述温度测定值低于温度阈值，则预估提供表示所述联轴器瞬时使用正确的正性指示，否则提供表示联轴器瞬时过度磨损的负性指示。

3.发动机冷却回路中风扇转速的控制方法，所述风扇通过电磁活节联轴器与所述发动机单元相连接，其特征在于，根据权利要求1或2所述磨损预估方法来选择连续型或离散型的速度变化、从而实现所述控制，其中，表示活节联轴器瞬时使用正确的所述正性指示决定了选择连续型速度变化，而表示联轴器瞬时过度磨损的负性指示决定了选择离散型速度变化。

4.根据权利要求书3所述的控制方法，其特征在于，还包括评估车辆使用的步骤，该步骤适于提供是否“在高速公路上”的指示，表示车辆在高速公路上使用的指示决定了选择连续型速度变化，否则选择离散型速度变化。

5.根据权利要求书3或4所述的控制方法，其特征在于，通过以下步骤确定采用连续型速度变化：

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的实时温度值（3）的差异、以及根据减速器所需制动力矩的百分比值（4），来评估发动机单元中的减速器对风扇转速的贡献；

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的实时温度值（3）的差异、以及根据风扇实时速度的测量值（5），来评估发动机系统对风扇转速的贡献；

将所述减速器和所述发动机系统对所述风扇转速的贡献相加，得到所述连续型速度变化。

6.根据权利要求书5所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据空调冷却系统的参考气压值（6）与测得的当前气压值（7）的差异，及所述风扇的当前速度，来评估空调单元对风扇转速的贡献；

将所述减速器与发动机系统的贡献总和与所述空调单元的贡献进行比较、得到二者之中的较高值， 从而得到所述连续型速度变化。

7.用于预估车辆中冷却回路风扇与发动机单元之间的活节联轴器的磨损的设备，其特征在于：所述设备包括电子控制单元，该电子控制单元包括用于进行前面任一项权利要求所述方法的步骤的装置，所述设备还包括用于将所述电子控制单元的输出数据转化为控制信号的接口，所述控制信号用于控制所述冷却回路风扇与所述车辆发动机之间的联轴器装置。

8.用于控制发动机冷却回路的风扇转速的设备，其特征在于：所述设备包括电子控制单元，该电子控制单元包括用于进行前面任一项权利要求所述方法的步骤的装置，所述设备还包括用于将所述电子控制单元的输出数据转化为控制信号的接口，所述控制信号用于控制所述冷却回路风扇与所述车辆发动机之间的联轴器装置。

9.计算机程序，包括程序代码，其中，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码适于进行权利要求1至6中任一项所述的步骤。

10.记录着程序的计算机可读介质，其特征在于：所述计算机可读介质包括程序代码，当所述程序在计算机上运行时，所述代码适于进行权利要求1至6所述的步骤。

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